FOTO: Një pjesë e hartës tridimensionale të ndërtuar nga BOSS. Kredite: Jeremy Tinker dhe bashkëpunimi SDSS-III. Kredite: Jeremy Tinker dhe bashkëpunimi SDSS-III
Një studim i ri i publikuar në *Physical Review Letters* analizon setin më të plotë të të dhënave të grumbullimit të galaksive për të testuar modelin ΛCDM, duke zbuluar mospajtime në formimin e strukturave kozmike në univers, që sugjerojnë mundësinë e një fizike të re.
Modeli ΛCDM është modeli standard i kozmologjisë që përshkruan evolucionin, zgjerimin dhe strukturën e universit. Ai përfshin materien e ftohtë të errët (CDM), materien normale dhe rrezatimin, si dhe konstantën kozmologjike (Λ), që shpjegon energjinë e errët.
Ky model ka qenë i suksesshëm në shpjegimin e disa vëzhgimeve kozmologjike, përfshirë strukturën në shkallë të gjerë të universit, zgjerimin e shpejtë të universit dhe rrezatimin kozmik të mikrovalëve të pastrimit (CMB), që është pasdrita e Big Bang-ut.
Megjithatë, ΛCDM nuk arrin të shpjegojë fenomene të tilla si inflacioni kozmik, energjia e errët dhe materia e errët. Vëzhgime të kohëve të fundit, si të dhënat nga DESI (Instrumenti i Vëzhgimit të Energjinë së Errët), kanë sugjeruar mundësinë e anomalive në ΛCDM.
Ekipi i kërkimit synoi të analizonte nëse këto anomali mund të jenë të lidhura dhe mund të tregojnë për një model të veçantë të fizikes së re.
Ekipi përfshinte Dr. Shi-Fan Chen nga Instituti i Studimeve të Avancuara, New Jersey; Prof. Mikhail Ivanov nga Instituti i Teknologjisë në Masaçusets; Dr. Oliver Philcox nga Universiteti i Kolumbisë; dhe Lukas Wenzl, një student i diplomuar në Universitetin Cornell.
Për të folur mbi motivimin pas punës së tyre, Dr. Chen tha: “Të jesh në gjendje të parashikosh diçka mbi universin është fantastike, por ajo që është veçanërisht interesante është se kemi shumë vëzhgime nga shumë studime që mund t’i modelojmë duke përdorur një teori efektive të qëndrueshme.”
Lidhja e pikave kozmike
Siç u përmend më parë, modeli ΛCDM dështon të shpjegojë disa fenomene bazuar në vëzhgime të fundit.
Këto përfshijnë mosmarrëveshjen mes matjeve direkte dhe indirekte të shkallës së zgjerimit të universit (tensioni Hubble), mosmarrëveshjen mes matjeve direkte dhe indirekte të grumbullimit të materies, pra rritjen e strukturës (Tensioni σ8), dhe të dhënat e fundit nga DESI që sugjerojnë mundësinë e provave për energji të errët dinamike.
Qasja e ekipit të kërkimit është e re sepse ata duan të shohin nëse i njëjti fizike bazë mund të shpjegojë këto anomali. Për të testuar hipotezën, hulumtuesit bashkuan matjet nga burime të ndryshme për të krijuar një set të dhënash të plotë.
Ky përfshinte setin të dhënash të BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) DR12 me kupat galaktike veriore dhe jugore, mostra LOWZ (galaksi të kuqe të ulëta) dhe CMASS (galaksi me masë të lartë) që mbulojnë gamë të ndryshme kuzhinë kuantike, dhe korrelim të kryqëzuar me planetin e lensimit gravitasional CMB nga Planck.
Këto të dhëna u analizuan në dy konfigurata, brenda modelit standard ΛCDM dhe brenda një modeli energjie të errët dinamike për të testuar gjetjet e DESI.
Dr. Philcox shpjegoi si ata ruajtën saktësinë e lartë të të dhënave të përzgjedhura. “Ne vërtet u munduam të zgjedhim definicionet që qëndrojnë përmostrat e galaksive, duke hedhur pjesë të të dhënave të disponueshme me gabime aksidentale në kriteret e përzgjedhjes, duke sakrifikuar madje për kufizimet tona statistike, edhe kur analizat e kaluara kishin përdorur këto të dhëna.”
“Për më tepër, ne kryem shumë teste mbi korrelimet kryqëzuar me lensimin CMB si pjesë e artikujve të mëparshëm për të siguruar që nuk kishte sistematika të dukshme atje.”
**Një univers që rritet shumë ngadalë?**
Analiza ΛCDM zbuloi një normë më të ulët rritjeje të strukturave kozmike sesa e parashikuar, duke treguar një mospajtim të rëndësishëm (tensioni 4.5σ) me rezultatet e Planck.
Për më tepër, ajo konfirmoi vlerat ekzistuese për densitetin e materies, konstantën Hubble dhe rritjen e strukturës.
Në analizën e energjisë dinamike të errët, ekipi nuk gjeti prova të forta për energjinë e errët dinamike, duke sugjeruar që energjia e errët sillet si një konstantë kozmologjike. Shtypja e rritjes së strukturës e vërejtur është e ngjashme me ato të parashikuara nga analiza ΛCDM.
Përfundimisht, vlera e konstantës Hubble është në përputhje me të dhënat e Planck, por nuk përputhet me matjet direkte dhe lokale.
Prof. Ivanov shpjegoi: “Gjetëm se formimi i strukturës në universin e vonë ku efektet e energjisë së errët janë më të dukshme, të paktën sipas galaksive në studimin BOSS, duket të jetë i shtypur ndjeshëm në krahasim me parashikimet nga universi i hershëm dhe CMB.”
“Kjo është e vërtetë edhe kur lejojmë që historia e zgjerimit të devijojë nga forma e zakonshme e energjisë së errët si një konstantë kozmologjike.”
**Fizikë e re ose gabime në të dhëna**
Sipas ekipit, mundësitë që shtypja e rritjes së strukturës të jetë rastësi janë 1 në 300,000, që sugjeron fuqishëm se diçka e pa shpjeguar po ndodh në formën e sistematikave të panjohura në të dhëna ose një fizike të re.
Gjetjet gjithashtu ofrojnë provat më të forta deri tani për tensionin σ8 dhe tregojnë se energjia e errët dinamike nuk mund ta zgjidhë atë.
Wenzl shpjegoi: “Përveç teknikave të reja vëzhguese dhe testeve të sistematikave të përmendura, nëse ky sinjal mbijeton, do të jetë interesante të shohim se cilat lloje të fizikes së re mund të ndihmojnë në zgjidhjen e tensionit me CMB.”
“Për shembull, do të ishte shumë interesante nëse kandidatë të materies së errët jo-standardë, si materia e errët aksionike ose materia e errët që ka interaksione me veten ose me barionet në një farë mënyre, që do të ndryshonin formimin e strukturës, mund të shpjegojnë këtë sinjal.”
Gjetjet e studimit sfidojnë kuptimin tonë të formimit të strukturave kozmike dhe, më e rëndësishmja, një nga modelet më themelorë në kozmologji.
Të dhënat nga studimet e ardhshme të galaksive do të ofrojnë qartësi mbi këto mospajtime dhe nëse ka nevojë për një ndryshim themelor në kuptimin tonë të strukturave në shkallë të gjerë të universit.
